LED封装结构及其技术

学年论文题目LED封装结构及其技术学生学号专业材料物理班级02指导教师孙安琪龚耀庭王颖完成时间：2010年12月19日成绩学年论文成绩评定表姓名吴建成学号7405150218专业班级材料物理02学年论文题目LED封装结构及其技术成绩指导教师评语：指导教师签名：日期：武汉工程大学邮电与信息工程学院学年论文II目录1前言........................................................................................................................................-2-1.1关于发展半导体照明的重要性....................................................................................-2-LED的发光原理、特点、分类及应用..............................................................................-3-1.3LED封装的基本问题......................................................................错误!未定义书签。2LED封装技术的研究现状.......................................................................错误!未定义书签。2.1引言................................................................................................................................-8-2.2LED封装形式的演变、封装工艺流程、封装材料.................................................-9-2.2.1LED封装形式的演变..............................................................................................-9-2.3产品封装结构类型......................................................................................................-14-2.3.1引脚式封装...............................................................................................................-14-2.3.2表面贴装封装...........................................................................................................-16-2.3.3功率型封装...............................................................................................................-17-2.3.4食人鱼LED的封装.................................................................................................-18-3LED封装技术发展趋势.......................................................................................................-28-3.1LED芯片效率的提升对芯片面积的影响...............................................................-29-3.2LED器件效率与封装工艺的提升对LED应用成本的影响.................................-31-3.3LED封装未来工艺及装备的改变分析...................................................................-31-3.4LED封装技术的几种发展趋势..................................................................................-33-平面模块化封装是另一个发展方向，这种封装的好处是由模块组成光源，其形状，大小具有很大的灵活性，非常适合于室内光源设计，芯片之间的级联和通断保护是一个难点。大尺寸芯片集成是获得更大功率LED的可行途径，倒装芯片结构的集成，优点或许更多一些。.................................................................................................................-34-4终述........................................................................................................................................-35-参考文献....................................................................................................................................-36-武汉工程大学邮电与信息工程学院学年论文-1-摘要发光二极管是21世纪的照明新光源，它具有光效高，工作电压低，耗电量小，体积小等优点，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长。光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染。因此，无论从节约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，发展LED作为新型照明光源替代传统的照明用具将是大势所趋。LED封装的光学模拟大多采用雷曼某大功率LED的模拟，晶片、支架碗杯、透镜（或填充胶体）为其三大要素，通过改变碗杯结构、透镜形状来模拟寻求最佳的出光效率，并设计发光角度为60°的封装产品。在实验中，支架碗杯内壁有直线、圆弧向里、圆弧向外等情形，填充胶的胶量有凹入或凸起情形，通过对每种情况对应的Candela图进行分析可得：支架碗杯内壁的设计为圆弧向里，填充胶的胶量（胶体在碗口处的高低变化）为凸起时，可以得到最为理想的出光效率，得到的产品的性能也最稳定。由光学模拟实验得到的LED的参数值可以设计出性能最好的器件，作为一种节能、高效的新型发光器件，LED的前景已经引起了产业界和资本市场的广泛关注，几个主要发达国家和地区都提出了半导体照明计划。我们国家的半导体照明工程将紧急启动，只要打破了制约亮度、价格等的技术瓶颈后，使得半导体照明能普遍的进入民用照明领域后，一年就可以为中国节电一个三峡工程。关键词：封装结构类型；封装工艺流程；出光效率；光学模拟武汉工程大学邮电与信息工程学院学年论文-2-1前言1.1关于发展半导体照明的重要性发光二极管(LED)被认为是21世纪的照明新光源，同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的1/10，而寿命却可以延长100倍。LED器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗电量小，体积小，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长，光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染，因此，半导体灯具有节能、环保、寿命长等特点。如同晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯，也将是大势所趋。无论从节约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，LED作为新型照明光源都具有替代传统照明光源的极大潜力。中国工程院院士陈良惠曾说：“半导体照明进入民用照明领域，一年可以为中国节电一个三峡工程”。预计到2010年，我国照明用电将达到3225亿kWh，如果半导体照明进入有1/3的照明市场，就能够节约1/3的照明用电，这意味着每年为国家节省用电1000亿kWh，相当于三峡工程每年847亿kWh发电量的12倍。为此，国家将紧急启动半导体照明工程：首先，我国发展半导体照明有一定技术和产业基础。我国自主研制的第一个发光二极管(LED)，比世界上第一个发光二极管仅仅晚几个月；在氮化镓的研究方面比国外大约晚三年，比起当初微电子的技术差距已经小很多了。通过“863”计划等科技计划的支持，我国已经初步形成从外延片生产、芯片制备、器件封装到应用的比较完整的产业链[1]。我国已经有400多家企业介入到LED照明行业中，封装在国际市场上已占有相当大的份额，民间资本已开始大量进入。半导体照明产业是技术密集型加劳动密集型产业，尤其是芯片加工和封装全是劳动力密集型的，能够发挥我国的劳动力比较优势，我国有能力承接国际半导体照明产业的转移。其次，我国是世界上最大的传统照明电器生产和出口国之一，而且中国有着13亿人的巨大市场，如果将来应用新技术，进一步降低成本，未来照明产业的最大市场还应是在中国，如此巨大的市场怎能拱手让与他人？综合分析这几方面情况，2003年6月17日，科技部联合信息产业部、建设部、教育部、中国科学院、中国轻工业联合会等部门，紧急启动了“国家半导体照明工程”，成立了国家半导体照明工程协调领导小组。2003年10月15日，国家“十五”科技攻关计划重大项目—“半导体照明产业化技术开发”通过可行性论证，10月29日正式启动。“半导体照明产业化技术开发”项目包括“功率型高亮度发光二极管芯片及封装产业化关键技术”、“半导体照明系统技术、重大应用产品开发及示范”、“半导体照明评价与标准体系、发展战略研究及知识产武汉工程大学邮电与信息工程学院学年论文-3-权战略研究”。预计通过该攻关计划的实施，可以建成功率型高亮度LED芯片制备和封装示范生产线，形成10~20项目原创型核心技术专利[2]，开发出10种以上特殊照明特色产业与应用示范基地、建立具有自主知识产权的半导体照明评价与标准体系和知识产权联盟。半导体照明是个跨领域、跨学科、跨部门的工程，需要多部门很好地协作、统一布局，共同推进。我国科研成果转化环节很薄弱，科研、产业两张皮，企业也没有很强的实力介入到科研中来。为此，专家呼吁，科研、企业、宏观政府管理部门和地方政府管理部门应统筹规划，共同推进，避免产业趋同和低水平重复建设，并提供相关配套产业政策，使各方面资源能够有效整合，通过阶段性目标的整体推进，最终形成有核心竞争力的中国半导体照明产业。1.2LED的发光原理、特点、分类及应用1.2.1LED的发光原理(1)p-n结电子注入发光图1.1、图1.2表示p-n结未知电压是构成一定的势垒，当加正向偏置时势垒下降，p区和n区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率μ比空穴迁移率大得多，出现大量电子向p区扩散，构成对p区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放，这就是p-n结发光的原理。发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙Eg。如Eg的单位为电子伏(eV)。Eg=hv/q=hc/(λq)，λ=hc/(qEg)=1240/Eg(nm)。半导体可分为直接带隙和间接带隙两种，发光二极管大都采用直接带隙材料，这样可